三種流量計(jì)在醋酸裝置中的應(yīng)用
流量測(cè)量是化工裝置中最為廣泛的工藝要求。流量測(cè)量的方法多種多樣，原理各不相同，如：差壓式、浮子式、容積式、渦輪式、旋渦式、超聲波式、科氏力質(zhì)量式、熱式、電磁式、靶式等等。一般要根據(jù)工藝要求如操作溫度、壓力；介質(zhì)的粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、腐蝕強(qiáng)弱；管道允許阻力降大小；測(cè)量精度高低、價(jià)格以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方便性等來選擇流量計(jì)的型式。
低壓甲醇羰基法合成醋酸是以一氧化碳和甲醇為原料，羰基銠為主催化劑，氫碘酸、碘甲烷為助催化劑，在190℃、2.8MPa條件下合成粗醋酸，然后經(jīng)閃蒸、分離提純得到純凈醋酸產(chǎn)品，是目前生產(chǎn)醋酸最先進(jìn)的工藝。國(guó)內(nèi)運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)醋酸的裝置不斷建設(shè)，正處于快速發(fā)展階段。此工藝特點(diǎn)是高溫、強(qiáng)腐蝕性，腐蝕介質(zhì)除多種濃度和溫度的醋酸外，還有氫碘酸、碘甲烷等極強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，腐蝕環(huán)境復(fù)雜。
隨著流量測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，針對(duì)醋酸裝置中原有部分孔板、渦街、渦輪、橢圓齒輪等流量測(cè)量?jī)x表易磨損、被介質(zhì)腐蝕泄漏、壽命短、維護(hù)工作量大等不足，在醋酸裝置技改時(shí)，根據(jù)工藝要求以及不同介質(zhì)的特點(diǎn)，選用多種新型流量計(jì)代替原設(shè)計(jì)的流量計(jì)，在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了良好效果，既滿足了工藝要求又大幅度降低了投資和維護(hù)強(qiáng)度。下面簡(jiǎn)要介紹3種流量計(jì)的使用情況。
1一體化T型阿牛巴流量計(jì)
1.1阿牛巴流量計(jì)的特點(diǎn)
阿牛巴流量計(jì)是基于伯努利能量守恒原理和皮托管測(cè)量原理而發(fā)展起來的差壓均速管流量計(jì)。其經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：第1代圓形阿牛巴，檢測(cè)桿斷面是圓形的；第2代寶石Ⅰ型，檢測(cè)桿斷面是菱形，第2代改進(jìn)寶石Ⅱ型，檢測(cè)桿斷面是改進(jìn)菱形；第3代T型阿牛巴，測(cè)量桿斷面是T型。
T型阿牛巴流量計(jì)具有優(yōu)良的本質(zhì)抗堵性能，精度高穩(wěn)定性好，突出的信噪比和量程比，一體化安裝溫壓補(bǔ)償，安裝便利等特點(diǎn)。
阿牛巴流量計(jì)可以測(cè)量介質(zhì)的體積流量或質(zhì)量流量，T型阿牛巴與多參數(shù)變送器結(jié)合就可以測(cè)量出介質(zhì)的質(zhì)量流量，多參數(shù)變送器內(nèi)置了高精度的差壓變送器、絕壓變送器、溫度變送器、高速CPU和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了各種流體在不同壓力、溫度下在溫度補(bǔ)償公式中所需要使用的物性參數(shù)，包括密度、粘度、氣體常數(shù)、壓縮系數(shù)、等容比熱等數(shù)據(jù)，根據(jù)流體實(shí)際變化的工作壓力、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)最完全的補(bǔ)償計(jì)算，最大程度的消除各個(gè)造成流量測(cè)量誤差的因素。對(duì)于蒸汽流量測(cè)量
會(huì)自動(dòng)判斷蒸汽處于飽和、不飽和過熱的狀態(tài)，并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。測(cè)量精度約1%，測(cè)量桿材質(zhì)有不銹鋼、哈氏合金，過程溫度最高可達(dá)677℃。
阿牛巴流量計(jì)特別適用于氣體和蒸汽的測(cè)量，一體化阿牛巴流量計(jì)相對(duì)孔板流量計(jì)有以下主要優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)我坏囊惑w化裝配，節(jié)省部件；無需引壓管；提高流量計(jì)的可靠性和測(cè)量精度；降低安裝費(fèi)用和時(shí)間；減少維護(hù)強(qiáng)度和費(fèi)用；減少潛在的泄漏，減少環(huán)境污染；降低永久壓力降，節(jié)約能源；更能適應(yīng)裝置負(fù)荷的變化。
1.2阿牛巴流量計(jì)選用注意事項(xiàng)
阿牛巴流量計(jì)的機(jī)械尺寸是根據(jù)要安裝的管道尺寸量身定制的，其流量測(cè)量范圍也是根據(jù)用戶提供的流量數(shù)據(jù)計(jì)算、標(biāo)定的。因此提供的流量數(shù)據(jù)和管道數(shù)據(jù)一定要正確無誤，否則會(huì)造成大的測(cè)量誤差。
T型阿牛巴流量計(jì)雖然具有本質(zhì)抗堵的特性，但下面2種情況需要注意：①流體中是否有黏粘性的雜質(zhì)，比如說未經(jīng)電除焦、除塵的水煤氣，煤氣中的焦油和粉塵等會(huì)黏附傳感器上，大大影響測(cè)量精度。②流體中雜質(zhì)較多，并且裝置間歇操作，有經(jīng)常停車而且時(shí)間長(zhǎng)的情況。在斷流的時(shí)間里，雜質(zhì)可能會(huì)干燥，并結(jié)垢在傳感器的表面，長(zhǎng)年累月將堵塞取壓口。
2電磁流量計(jì)
2.1電磁流量計(jì)的特點(diǎn)
①電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律工作的。因此只能測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，不能測(cè)量氣體、蒸汽及含有大量氣體的液體的流量。
②電磁流量計(jì)無可動(dòng)部分，也無阻流部件，因此基本無壓力損失，可以測(cè)量含固體顆粒的礦漿和污水等液固兩相流。
③電磁流量計(jì)僅有管道襯里和電極與被測(cè)液體接觸，因此只要合理選擇電極和襯里材料，即可以達(dá)到耐腐蝕、耐磨損的要求，如礦漿、鹽酸、氫碘酸等。
④安裝方便，只要滿管，上直管≥5D，下直管≥2D，水平、垂直、傾斜安裝均可。
⑤測(cè)量精度高，可以達(dá)到0.5%，可以作為裝桶、裝槽車等的計(jì)量。
⑥量程比大，一般為1：20，在現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)需要，可擴(kuò)大或縮小量程，不需停車處理。
2.2電磁流量計(jì)的選用、安裝
電磁流量的選用和安裝是很重要的環(huán)節(jié)，有極強(qiáng)的專業(yè)性，下面作詳細(xì)的介紹：
適用介質(zhì)：電磁流量計(jì)能否適用首先是根據(jù)介質(zhì)電導(dǎo)率來判斷，被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率應(yīng)大于20μs/cm。更低電導(dǎo)率介質(zhì)的流量可以用陶瓷襯里、鉑電極的電磁流量計(jì)測(cè)量，但陶瓷襯里易碎，使用效果不理想。
口徑選擇：流量計(jì)口徑不一定與管徑相同，應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不高的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5-3m/s，電磁流量用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可；用于易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體選用流速應(yīng)不低于2m/s，最好提高到3-4m/s，起到自清掃、防止粘附沉積等作用；用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于2-3m/s，以降低對(duì)襯里和電極的磨損；在測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體時(shí)，盡可能選定較低流速（0.5-1m/s），因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加，而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。
過流部件材質(zhì)選擇：與液體接觸的傳感器的零部件有襯里、電極、接地環(huán)和密封墊片。
常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷，其材料的耐磨耗性、耐腐蝕性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)液體適應(yīng)性。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，但耐磨性差，不能用于測(cè)量礦漿液，使用溫度小于180℃；氯丁橡膠用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿，價(jià)格最為低廉；聚氨酯橡膠有極好的耐磨性，但耐酸堿的腐蝕性較差適用于煤漿、礦漿等，介質(zhì)溫度要低于40℃-60℃/70℃；氧化鋁陶瓷有極好的耐磨性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐腐蝕性，適用于有腐蝕性的礦漿，但性脆，安裝夾緊時(shí)易碎，可用于較高溫度（120℃-140℃/180℃）。
電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素，其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪音。電磁流量計(jì)電極的耐腐蝕性要求很高，不允許腐蝕或嚴(yán)格地說只允許極低的腐蝕速率，否則會(huì)破壞電極與襯里間的密封性，常用金屬材料有含鉬耐酸鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑銥合金，幾乎可覆蓋全部化學(xué)液，此外還有適用于漿液等的低噪聲電極，他們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包裹這些材料的金屬電極。
接地環(huán)是安裝在連接塑料管道或絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端，他們的耐腐蝕要求比電極低，允許有一定腐蝕，可定期更換，通常選用耐酸鋼或哈氏合金。金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。
配管、安裝：電磁流量的配管安裝不符合要求會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)輸出晃動(dòng)、零點(diǎn)不穩(wěn)定、使用壽命短、甚至損壞。主要應(yīng)遵循以下原則：
①傳感器的上流側(cè)不要緊靠閥門、彎頭等影響流體流動(dòng)的裝置；下流側(cè)不能安裝泵，以防止形成負(fù)壓；調(diào)節(jié)閥等節(jié)流儀表宜安裝在流量計(jì)下游，特別是裝桶、裝置槽車等排空管道。
②配管設(shè)計(jì)時(shí)要確保測(cè)量管滿管，上、下游要保持5D和2D的直管段。
③安裝方向則要注意：在測(cè)量液固兩相介質(zhì)的流量時(shí)，傳感器垂直安裝比較妥當(dāng)，一則可以防止液固兩相介質(zhì)在較低流速時(shí)產(chǎn)生兩相分布的不均勻或相分離，以減少由此引起的附加誤差。二則可以使傳感器四周的襯里磨損比較均勻，在垂直安裝時(shí)，流動(dòng)方向應(yīng)該自下而上，這樣才能保證傳感器始終充滿介質(zhì)。在水平安裝時(shí)，傳感器兩電極的連線應(yīng)該是水平的，這樣如果介質(zhì)中含有氣泡，或者產(chǎn)生沉淀時(shí)不至于造成轉(zhuǎn)換器輸入端開路等現(xiàn)象。
④有些工況需在管道內(nèi)注入化學(xué)藥品，注入后會(huì)導(dǎo)致液體導(dǎo)電率不均勻?qū)﹄姶帕髁坑?jì)輸出信號(hào)產(chǎn)生干擾。對(duì)此，可在流量計(jì)下游注入，如需在上游注入則注入點(diǎn)應(yīng)與流量計(jì)保持一定距離，使液體混合均勻。
⑤安裝在塑料管道或內(nèi)襯管道上必須使用接地環(huán)。
3超聲波流量計(jì)
3.1超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理主要有時(shí)差式和多普勒式。多普勒式超聲波流量計(jì)只能用于測(cè)量介質(zhì)中含有適量能反射超聲波信號(hào)的顆粒或氣泡的流體，它對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求比較苛刻，既不能是潔凈水，同時(shí)雜質(zhì)含量要相對(duì)穩(wěn)定，才能穩(wěn)定測(cè)量。目前生產(chǎn)最多、應(yīng)用范圍最廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計(jì)，它主要用來測(cè)量潔凈的流體流量。
時(shí)差式超聲波流量計(jì)按換能器安裝方式可以分為外貼式、管段式、插入式3類：
外貼式：有便攜式和固定式兩種，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用。便攜式超聲波流量計(jì)具有很大的機(jī)動(dòng)性，主要用于對(duì)不同管道的流體流量作臨時(shí)測(cè)量，使用內(nèi)置充電電池供電；固定式超聲波流量計(jì)在某一固定位置，對(duì)某一特定管道內(nèi)的流體的流量進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷的計(jì)量，使用220V交流電源，有4-20mA信號(hào)輸出等功能。
管道式：將換能器與測(cè)量管道組成一體，測(cè)量精度也較其他超聲波流量計(jì)高，但安裝時(shí)必須斷流切開管道才能進(jìn)行，但傳感器可以不停產(chǎn)維修。其測(cè)量管材質(zhì)有碳鋼、316L不銹鋼、哈氏合金C等，一體型測(cè)量溫度可達(dá)140℃，對(duì)于高溫介質(zhì)可用分體型，最高溫度可達(dá)180℃。可以測(cè)量固體顆粒含量<5%（按體積計(jì)）或氣體含量<2%（按體積計(jì)）的均勻流體，測(cè)量精度可達(dá)0.5%。
插入式：在安裝時(shí)可以利用專門工具在有流體的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，其信號(hào)的發(fā)射、接收不經(jīng)過管壁和管襯，所以它的測(cè)量不受管道和管襯材質(zhì)的影響。插入式傳感器可以避免耦合劑的問題，能夠在管路內(nèi)壁嚴(yán)重結(jié)垢或流體含氣的情況下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的測(cè)量。
3.2傳感器類型的選擇對(duì)比
①便攜式外貼超聲波流量計(jì)，使用方便，最適用于評(píng)估管網(wǎng)流動(dòng)狀況或用作檢查管道上其它流量?jī)x表的運(yùn)行情況。
②外貼式傳感器不存在直接腐蝕的問題，但管道內(nèi)表面腐蝕結(jié)晶，也會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)。
③外貼式傳感器由于偶合劑在使用一段時(shí)間后易出現(xiàn)發(fā)干的現(xiàn)象，影響檢測(cè)效果，在較大的直徑的管道上不宜使用。
④外貼式傳感器短時(shí)測(cè)量時(shí)用黃油，也可用凡士林等酯類，長(zhǎng)期測(cè)量可用硅酯或硅膠。
⑤外貼式傳感器不適用于測(cè)量氣體。
3.3超聲波流量計(jì)的安裝
超聲波流量計(jì)換能器不合理安裝是使其不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問題。確定位置時(shí)除保證足夠的上下游直管段外（前10D，后5D），尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速器、電焊機(jī)等污染點(diǎn)源的地方。在安裝方式上，主要有V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝，管徑大于300mm時(shí)，采用Z方式安裝。
結(jié)束語(yǔ)
在醋酸裝置技改過程中，用阿牛巴流量計(jì)取代原料煤氣、蒸汽、甲醇管道上的孔板、渦輪、橢圓齒輪等流量計(jì)；用電磁流量計(jì)取代強(qiáng)腐蝕性的氫碘酸和醋酸且電導(dǎo)率>20μs/cm的介質(zhì)管道上的孔板流量計(jì)；用管道式超聲波流量計(jì)取代低電導(dǎo)率且腐蝕性強(qiáng)的純醋酸管道上的孔板、渦輪、陶瓷內(nèi)襯電磁流量計(jì)；用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量各個(gè)循環(huán)水用戶的流量等等都達(dá)到了預(yù)期目的。這些新型的流量測(cè)量?jī)x表，有其獨(dú)特的特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，每一種儀表都不是萬能的，因此，在工程應(yīng)用中，根據(jù)工藝要求及介質(zhì)的特點(diǎn)正確選型、配管設(shè)計(jì)、安裝是發(fā)揮這些儀表優(yōu)勢(shì)的重要環(huán)節(jié)，必須引起我們的高度重視。
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